新大纲《电机及电力拖动》实验报告.docx
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新大纲《电机及电力拖动》实验报告
电机及电力拖动
实验报告
时间：
/学年学期
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
红河学院工学院自动化系
电机及电力拖动
实验项目安排
序号
实验内容
课时
备注
实验一
实验装置及各类电机、仪表的认识与使用
2
实验二
单相变压器运行特性的研究
3
实验三
单相变压器并联运行
3
实验四
三相同步电动机工作特性的研究
3
实验五
三相笼式异步电动机的工作性能研究
5
实验六
三相笼式步电动机机械特性的测定
5
实验七
三相绕线式转子异步电动机工作特性的研究
4
实验八
电容分相式单相异步电动机工作特性的研究
3
实验九
直流发电机特性的空载特性测定
2
实验十
直流发电机特性的外特性测定
3
实验十一
他励直流电动机特性的工作特性测定
3
实验十二
他励直流电动机特性的机械特性测定
3
实验十三
他励直流电动机调速特性的研究
2
实验十四
串励、複励直流电动机机械特性的测定
4
合计
45
说明：
1、学生可在上列实验项目中自选实验，但必须完成8个以上的实验内容；
2、除项目中提供的实验内容外，还可按要求准备并完成相关的“设计型自主实验”内容。
电机及电力拖动实验报告
（一）
部门：
工学院自动化系实验日期：
年月日
姓名
学号
班级
成绩
实验名称
实验一实验装置及各类电机、仪表的认识与使用
学时
2
课程名称
电机电力拖动及实验
教材
目的
1.熟悉YL-195型电机电拖实验装置各单元的结构、设备性能、额定参数。
2.掌握实验装置的操作方法，掌握YL-196B型电动机转速、转矩、机械功率测量仪及其直流测功机的接线及测试等使用方法。
3.学会根据设备铭牌参数要求，对电机进行单机试车的基本方法。
一、实验仪器与设备
YL-195型电机电拖实验装置（单元1~单元8）；数字式万用表；YL-196B型电动机转速、转矩、机械功率测量仪；直流复励发电机、直流它励电动机、三相笼式异步电动机、高性能永磁直流测功机测速机等。
二、实验要求
1、实验前需认真阅读本装置的安全操作规程，树立安全意识和工程意识；
2、实验前需认真阅读相关设备的说明书，对技术指标参数、注意事项作重点记录；
3、培养学生的科学观念与科学态度、规范的操作习惯以及自学能力、分析能力、创新能力和运用理论知识解决实际问题的工程实践能力，严禁盲目送电试车及不规范的操作；并能根据实验过程及实验现象，学习使用专业理论对实验现象进行解释与说明。
4、作好实验记录，完成实验报告。
三、实验内容与步骤
1、使用万用表，对YL-195型电机电拖实验装置各单元及各元件进行测试，确认设备实际参数与额定参数是否一致，判断单元或元件的完好情况，并在“实验情况记录表”中作记录。
2、确认直流它励电动机、三相笼式异步电动机的铭牌数据，并对其进行单机接线并通电运行测试。
3、对高性能永磁直流测功机进行电动机状态的单机运行测试，用万用表测量“测速端口”上的电压并与额定参数比较是否一致。
4、利用三相笼式异步电动机作为原动机，对高性能永磁直流测功机进行拖动，进行发电机状态的运行测试，用万用表测量“测速”端口、“电机机”端口上的电压并与额定参数比较是否一致。
5、根据YL-196B型测量仪的面板图与接线图（如图1）完成接线，并读取被测电动机的转速、转矩、机械功率。
（图1）
四、实验报告：
提交“实验内容与步骤”2~5中的电气原理图和实测数据（可另附）。
电机及电力拖动实验报告
（二）
部门：
工学院自动化系实验日期：
年月日
姓名
学号
班级
成绩
实验名称
实验二单相变压器运行特性的研究
学时
3
课程名称
电机电力拖动及实验
教材
目的
测定变压器的外特性和电压变化率；测定变压器的效率特性。
一、实验电路与实验设备
1.实验电路
单相变压器实验电路如图4-1所示
图4-1单相变压器实验电路图
图中测试变压器规格为127V/50V100VA。
如今，一次侧电压U1=100V，由可调电源供给。
图中负载包括
（1）可变电阻负载RL0~30Ω（1.8A）（单元8）。
（2）可变电感负载（以调压器及电抗器并联后作可变电感）电抗器电感L=0.5H（1.0A）。
（3）电容器C，C=50μF（两只100μF/400V电解电容器同极性对接以防漏电）。
2.实验设备
1）亚龙YL-195单元1、2、3、5、6、7、8；
2）单相变压器
3）万用表
二、实验内容与实验步骤
1.接照图4-1完成接线（注意功率表及功率因数表的同名端接线）
2.接上可变电阻负载（单元7、8），调节一次侧电压U1=100V，并保持恒定。
改变负载电阻RL，使二次侧电流I2分8档，由0至1.0A（额定电流），分别记下：
一次侧电流I1、功率P1，二次侧电压U2、功率P2。
并由上述数据计算出变压器效率η（η=
100%）。
U1=100V=恒量，单相变压器运行特性U2=f（I2），I1=f（I2），η=f（I2）
二次侧电流I2（A）
0
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
0.9
1.0
一次侧电流I1（A）
二次侧电压U2（V）
一次侧功率P1（W）
二次侧功率P2（W）
变压器效率η（%）
3.变压器短路实验
将变压器二次侧短接。
一次侧电压由零逐渐增加，使变压器二次侧的电流I2达到额定值。
读取这时的一次侧电流I1S，一次侧功率P1s及电压U1s。
I2=I2N=1.0A变压器短路实验
一次侧电压U1S（A）
一次侧电流I1S（A）
一次侧功率P1S（W）
3.将可变电阻RL与可变电抗器XL并联构成电阻---电感负载（单元3和单元7）。
保持一次侧电压U1=100V=恒量。
调节RL与XL，使电流分8档由0至1.0A，并使功率因数cosφ2=0.8，测量二次侧电压U2，求变压器外特性U2=f（I2）。
U1=100V，cosφ2=0.8，变压器外特性U2=f（I2）
二次侧电流I2（A）
0
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
0.9
1.0
二次侧电压U2（V）
在实验中调节负载，要保持cosφ2=0.8，可先将RL开路，以可变电抗器为主（事实上，它是一个电阻、电感负载）将电流调至需要值，然后根据功率因数要求再并入RL（RL并入后，会使电流增加，再调电抗器，这样反复调试，才能将电流I2与cosφ调到所需值。
4.将可变电阻RL与电容C（50μF）并联，作为电阻—电容负载。
保持一次侧电压U1=100V不变。
调节RL，使电流I2=0.8A，读取此时二次侧电压与功率因数。
三、实验注意事项
1.调节可变电阻RL时要注意，在开始实验前，要置于最大阻值位置（切不可置于RL=0处，造成短路）
2.接功率表及功率因数表要注意电压线圈与电流线圈的同名端，不要接错。
3.实验时，由于电源有内阻抗，会造成电压降落，因此当电流增大时，电压会降低，所以每次实验时，都要注意调节一次侧电压U1，以保持U1=100V不变。
四、实验报告
1.以实验内容与实验步骤中1所得实验数据，在同一张坐标纸上，以二次侧电流I2为横轴，以一次侧电流I1，二次侧电压U2及变压器效率η为纵坐标，画出变压器运行特性：
电流特性I1=f（I2）、外特性U2=f（I2）及效率特性η=f（I2）。
2.由空载实验求出变压器变比K，K=
3.由实验内容与实验步骤1和2所得实验数据，在同一坐标纸上，以二次侧电流I2横轴，以二侧电压U2为纵轴，出功率因数cosφ2=1及cosφ2=0.8时的外特性U2=f1（I2）及U2=f2（I2），并计算在额定负载I2=1.0A时对应的电压调整率ΔU%=
。
4.根据实验内容与实验步骤1、2、3的实验数据，求取变压器在额定负载时的效率η。
实验步骤2空载时的功率P10，为变压器的铁损耗。
实验步骤3短路实验时测得的功率P1S，为变压器额定负载时的铜损耗。
因此变压器在额定负载时的效率η=
上式中P1N为变压器在额定情况下（I2=I2N=1.0A）的额定功率。
将此η与实验实测的额定效率（实验步骤2表中）进行比较，分析二者的差别及产生差别原因。
5.根据实验内容与实验步骤2、4、5，比较在I2=0.8A时，电阻性负载cosφ=1、阻感性负载cosφ=0.8、及阻容性负载cosφ=（）时的二次侧电压U2的数值，分析负载性质对外特性及电压调整率（或电压变化率）的影响。
电机及电力拖动实验报告（三）
部门：
工学院自动化系实验日期：
年月日
姓名
学号
班级
成绩
实验名称
实验三单相变压器并联运行
学时
3
课程名称
电机电力拖动及实验
教材
目的
理解变压器并联运行的条件；测定变压器内阻抗对负载分配的影响。
一、实验电路与实验设备
1、实验电路
实验电路如图4-2所示。
图4-2单相变压器并联运行接线图
图中负载电阻RL采用3
100Ω可调电阻串联，图中R1为人为增加的变压器内阻，调节R1使与变压器II二次侧内阻相等。
实验设备
1）亚龙YL-195型单元1、2、3、5、7、8；
2）127V/50V、200VABKC型单相变压器一只（I），27V/50V100VA壳式单相变压器一只（II）；
3）万用表。
二、实验内容与实验步骤
1.理解单相变压器并联的条件：
①同名端相同，②二次侧电压基本相等
2.测定两个变压器的同名端常用的测试方法如图4-3所示。
将变压器一、次侧中的一端（X和2）相连，另一端间（A和1）接一只电压表（或万用表）。
将一次侧接上电源，电压调至100V左右。
a）一个变压器的一、二次侧绕组b）两个变压器的二次侧绕组
图4-3变压器同名端的测定
若电压表读数为U1与U2两者之差，则1与A为同名端，标为a。
若电压表读数为两者之和。
则2与A为同名端。
3.在两个变压器并联时，可先将两个变压器的一次侧绕组进行并联。
而对二次侧绕组，则先联接一端；另一端间可接一只电压表，如图4-3b所示。
若同名端联接法正确，而且两个二次侧电压基本相等，则电压表读数将很小。
若读数很小，表明可以并联运行。
若读数很大，则表示接线有误，或两个变压器变比相差太大，不宜并联运行。
若强行并联运行，在两个电源间将会形成很大的环流，消耗电能，甚至烧坏变压器。
4.根据上述实验步骤，确定符合并联运行条件，于是可如图4-2所示，将两个变压器并联，将开关S1与S2合上，并接上电阻负载RL。
5.调节一次侧电压U1=100V，并保持不变。
调节负载电阻RL，使负载电流分8档由0至2.0A，同时读取二次侧电压U2及两个变压器二次侧电流I21和I22。
U1=50V=恒量，单相变压器并联运行时，变压器参数对负荷分配的影响。
负载电流IL（A）
0
二次侧电压U2（V）
变压器I二次侧电流I21（A）
变压器II二次侧电流I22（A）
6.断开S2，R1串入变压器II二次侧电路中（模拟该变压器内阻较大），重做上述实验。
三、实验注意事项
1.必须严格遵守变压器并联条件：
①同名端相同，②变比K基本相等。
2.负载电阻RL不可置于RL=0处。
实验开始前置于阻值最大处。
四、实验报告
1.说明判断变压器同名端的方法。
2.由实验步骤5和6，说明变压器内阻抗对负荷分配的影响，以及对负载电压的影响。
电机及电力拖动实验报告（四）
部门：
工学院自动化系实验日期：
年月日
姓名
学号
班级
成绩
实验名称
实验四三相同步电动机工作特性的研究
学时
3
课程名称
电机电力拖动及实验
教材
目的
三相同步电动机的异步起动方法；三相同步电动机V形曲线的研究。
一、实验电路与实验设备
1、实验电路如图5-4所示。
图5-4三相同步电动机实验电路图
图中三相同步电动机的三相定子绕组接成Δ形。
图中电表的接法与实验（九）图5-1相同。
注意事项也与实验（九）相同。
图中直流测功机的接线也与实验（九）相同。
2、实验设备
（1）亚龙YL-194型单元1、2、3、4、5、6、7、8。
（2）三相同步电动机---直流测功机机组。
（3）万用表一只。
二、实验内容与实验步骤
1、按照图5-4所示实验电路进行接线。
2、由于同步电动机起动转矩为零，所以要设法进行起动。
常用的办法之一是采用异步起动法。
即，将励磁绕组经外接电阻构成回路，这样磁极绕组变成相当于异步电动机的绕线转子，从而可实现异步起动。
待电机起动运转接近同步转速时，再以开关切换接到直流励磁电源。
在图5-4中，先将开关S投向外接电阻R2（其阻值约为励磁绕组电阻的10倍），待电机正常运转后，再将开关S投向励磁电源，使同步电动机正常运转。
3、测定同步电动机的V形曲线Il=f（IF）
先使同步电动机处于空载状态（IG=0）。
调节励磁电源电压或励磁回路电阻Rf，使电动机的功率因数cosφ=1，记下对应的励磁电流值IF0和电机线电流Il（填在表的中间部分）。
然后由IFO出发，分档（4档）逐渐增大IF，使电机线电流Il增大到额定值。
记录下对应的IF与Il，以及P1与P2（由中间向右填）。
然后，再从IF0出发，分档（4档）逐渐减小IF，使电动机线电流Il增大到额定值。
记录下对应的IF及P1与P2（由中间向左填）。
计算电动机吸取的电功率Pe=P1+P2，把计算的结果填入电功率Pe框内。
电动机空载Pe=PeminIG=0PL≈0Ul=220V，同步电动机V形曲线的测定。
励磁电流IF（A）
（IFo）
线电流Il（A）
功率因数cosφ
1.0
P1（W）
P2（W）
电功率Pe（W）
4、调节测功机输出电流IG，使Pe=
PeN（PeN电动机额定电功率）重做上述实验。
三、实验注意事项
1、同步电动机起动时，会有较大的冲击电流，为安全起见，应将电流表、功率表电流线圈及功率因数表电流线圈短接，以免伤及仪表。
2、其他注意事项与实验（九）相同
四、实验报告
1、说明同步电动机异步起动方法的要点。
指出同步电动机的其他起动方法。
2、根据实验步骤3和4的实验数据，在同一坐标纸上，画出线电压Ul=220V，PL≈0和PL=
PN时，以励磁电流IF为横坐标，电机线电流Il与功率因数cosφ为纵坐标的V形曲线，Il=f（IF）及cosφ=f（IF）的各两条曲线。
3、由同步电动机的V形曲线和cosφ=f（IF）曲线，说明同步电动机的特点与用途。
电机及电力拖动实验报告（五）
部门：
工学院自动化系实验日期：
年月日
姓名
学号
班级
成绩
实验名称
实验五三相笼式异步电动机的工作性能研究
学时
5
课程名称
电机电力拖动及实验
教材
目的
三相笼式异步电动机空载特性、堵转特性研究；三相笼式异步电动机负载特性研究；三相笼式异步电动机的运行特性的研究。
一、实验电路与实验设备
1、实验电路如图5-1所示
（a）（b）
图5-1三相笼式异步电动机实验电路图
2、实验设备
（1）亚龙YL-195型单元1、2、5、6、7、8;
（2）三相笼式异步电动机---永磁直流测功机机组;
（3）万用表一只。
二、实验内容与实验步骤
1、将三相笼式异步电动机（下面简称：
异步电动机）单独放置（空载）。
按照图5-1所示电路，接入电流表和二只交流功率表，以及功率因数表。
此处采用二瓦特计法测量三相功率，其接法是W1表电流线接U相电流IU，电压线圈接线电压UUV，W2表电流线圈接W相电流IW，电压线圈接线电压UWV。
可以证明三相电功率Pe为表W1读数P1和表W2读数P2之和（见电工原理），即Pe=P1+P2。
2、测量电动机工作时的功率因数。
由于此为三相对称负载，所以只要测量其中的一相即可。
按图与5-1所示电路，选V相的电流IV与V相的相电压UVN，接入功率因数cos
表。
3、三相异步电动机空载特性测定
将异步电动机电路接上三相可调交流电源（含三相相电压指示）。
调节三相电源相电压UUN、UVN、UWN为127V（对应线电压Ul=220V）。
记录空载时的相电压、线电压与线电流，功率P1和P2，以及功率因数cos
。
空载TL=0三相异步电动机空载特性
相电压Uφ（V）
线电压Ul（V）
Il0（A）
P10
P20
Pe0
cos
127
4、将测功机与三相异步电动机相对接，（注意中心轴线要对齐）。
调节电动机的转向，使带动的测功机外壳朝向压力传感器的方向转动。
保持交流电压UL（或U
）不变（UL=220V）。
调节测功机输出电流IG，以调节电动机负载阻力转矩，使IG由0分档逐步增大，直至输出功率P2等于电机额定功率。
记录对应各档电流IG的TL、n、PL及U
、Ul、Il、P1、P2及cos
，并计算出线电流对额定电流的百分比（Il/IlN）×100%、电机效率η=（PL/Pe）×100%、及转差率s=
×100%（式中n1=1500r/min）。
U
=127V=恒量三相异步电动机工作特性
测功机电流IG（A）
电机空载
0
阻力转矩TL（mN·m）
0
转速n（r/min）
转差率s（%）
线电流Il（A）
功率因数cos
Il/IlN（%）
机械功率PL（W）
0
PLN
P1（W）
P2（W）
电功率Pe（W）
电机效率η（%）
三、实验注意事项
1、本实验中，测功机与三相异步电动机对接时要特别注意两个电机中心轴要对准并在同一直线上。
否则会形成轴向扭曲、阻力增大，且会产生振动。
2、测功机的接线参见第一篇中的图1-8或图1-9。
3、由于本实验中，使用的电表较多，要注意它们是交流电表还是直流电表。
对直流电表要注意它的极性。
对功率表及功率因数表，要注意电压线圈和电流线圈同名端（*）的接法，不要搞错。
并要注意正确选择量程和正确读数。
4、测功机起动时要注意限流电阻置于最大值，起动后再将它短路。
5、异步电动机的转向（通过互换进线相序调节）要使测功机外壳朝压向力传感器的方向转动。
6、电动机堵转时，为减小堵转电流，要降低外加电压，且堵转试验时间不宜过长，以免电动机过度发热。
四、实验报告
1、由实验步骤3所得的实验数据
求得三相笼式异步电动机在空载时的性能，它们是：
（1）空载定子线电流Il与额定电流之比
.
（2）空载时的功率因数cos
（3）空载时消耗的电功率Pe
（4）空载时的转速n与转差率s
由上面4个指标分析此电机的性能。
它们较好的数值应是多少？
分析电动机空载时的功耗主要是什么损耗？
2、由实验步骤4所得的实验数据求得三相笼式异步电动机堵转（起动）时的性能，它们是：
（1）堵转（起动）电流Ils与额定电流之比，
。
（2）起动时的功率因数。
（3）堵转时消耗的电功率Pes。
（4）起动转矩Tst。
由上面4个指标，分析电动机的起动时（堵转时）的性能，它们较好的数值应是多少？
分析电动机堵转时的功耗主要是什么损耗？
3、从实验（5）所得的实验数据，在同一张坐标纸上，以机械功率PL为横坐标，以电动机的定子线电流I
、转速n、功率因数cos
电机效率η为纵坐标，分别画出在电动机定子线电压为额定值（U
=220V，并保持恒量）的条件下，Il=f（PL）、n=f（PL）、cos
=f（PL）、η=f（PL）四条曲线。
4、由上述电动机的运行特性曲线，分析电动机由空载到满载它的主要性能指标的变化，以及电动机在满载时的性能。
电机及电力拖动实验报告（六）
部门：
工学院自动化系实验日期：
年月日
姓名
学号
班级
成绩
实验名称
实验六三相笼式步电动机机械特性的测定
学时
5
课程名称
电机电力拖动及实验
教材
目的
三相笼式异步电动机机械特性的测定；三相笼式异步电动机调压调速特性的研究
一、实验电路与实验设备
实验电路与实验设备与实验（九）相同（可省去功率表与cosφ表，电压表与电流表只要各接一只即可）
二、实验内容与实验步骤
在实验（九）的基础上，改变三相异步电动机的定子电压，分析定子电压对机械特性的影响。
1、调节Ul=220V，并保持恒量
以测功机调节电动机的负载转矩TL[与实验（五）同]，测定对应的转速n，即可得到恒压时的机械性性n=f（TL）
Ul=220V三相笼式异步电动机的机械特性
测功机电流IG（A）
0
线电流Il（A）
1.2IlN
机械转矩TL（mN·m）
转速n（r/min）
2、分别调节Ul=180V、140V、100V并保持恒量。
并重做上述实验。
三、实验注意事项
与实验（五）相同
四、实验报告
1、根据实验内容与实验步骤中1、2所得实验数据，在同一张座标纸上，分别画出Ul=220V、180V、140V、100V时的四条机械特性曲线：
n=f1（TL）、n=f2（TL）、n=f3（TL）和n=f4（TL）。
2、分析定子电压降低时，机械特性的变化，并在此基础上，分析采用调节定子电压进行调速的方案的优缺点。
电机及电力拖动实验报告（七）
部门：
工学院自动化系实验日期：
年月日
姓名
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